Рис. 1
Помимо затрат на такого рода нагрев, еще имеет место увеличение времени нагрева, простоя оборудования для механической раскатки, что приводит к снижению производительности.
На рисунке 1 изображен процесс печного нагрева колец/ который состоит из загрузки колец в печь при помощи специального робота-погрузчика. Затем выгрузку и установку кольца на раскаточный станок. Кольцо в горизонтальном положение зажимается валками и направляющим роликом и приводится во вращение. После непродолжительной раскатки кольца таким образом происходит его охлаждение до температуры при которой раскатка в заданных условиях становится невозможной. Цепочка действий: снятия кольца со станка, загрузки в печь, нагрева, выгрузки и установки на станок - повторяются вновь.
Такой способ нагрева значительно усложняет и удорожает производство. Еще один минус такого способа состоит в его значительной трудоемкости и опасности для обслуживающего персонала, так как температуры разогретого кольца превышают 1000 градусов.
Современное производство, двигаясь по пути повышения производительности и энергоэффективности, нуждается в более прогрессивных технологиях. В данной статье предлается иной способ горячей раскатки подшипниковых колец, в котором используется индукционный нагрев для последующей обработки давлением. Практически во всех отраслях промышленности применяются индукционные системы для преобразования электромагнитной энергии в тепловую. Опыт показывает, что они являются перспективными по ряду важнейших признаков. Они надежны, безопасны, компактны и позволяют осуществлять автоматическое управление процессом нагрева. Применительно к горячей обработке давлением колец подшипников, установки индукционного нагрева позволяют ускорить, упростить, удешевить и обезопасить производство.
Одна из первоочередных задач модернизации производства – это создание системы индукционного нагрева для заготовки с меняющейся геометрией непосредственно во время механической раскатки. Причем индуктор должен быть разомкнутым, с целью погружения в него заготовки.
Производство колец подшипников
Подшипники по своей конструкции являются высокотехнологичными изделиями, имеющие в рабочих условиях сложнейшую динамику взаимодействия составляющих компонентов для восприятия высоких и разнообразных нагрузок, обеспечения точности вращения вала при большом диапазоне частот вращения и температур. И хотя каждой конструктивной группе подшипников соответствует своя технология изготовления, но в общем случае составляющие технологического процесса примерно схожи, особенно для массового производства стандартных подшипников, среди них:
- заготовительные операции - обработка давлением (штампвка, свободная ковка, раскатка), токарная обработка;
- термическая обработка;
- шлифовка и суперфиниш;
- сборка, маркировка, контроль, закладка смазки и уплотнений, упаковка.
Термическая обработка
Цель: повысить контактную выносливость материала колец и тел качения.
Структура высокоуглеродистой хромистой подшипниковой стали при термообработке представляет собой отпущенный мелкозернистый мартенсит и мелкодисперсные сфероидизированные карбиды. Необходимую вызкость обеспечивает присутствие участков статочного аустенита, не успевшего преобразоваться в мартенсит.
Важно!
Остаточный аустенит не является стабильной фазой и со временем превращается в мартенсит. При этом в кольце подшипника могут быть значительные остаточные напряжения, направленные от центра к периферии. это явление может привести к потере изначальных геометрических параметров кольца и негативно повлиять на плотность посадки и надежност подшипника в целом.
Нагрев в эндогазовых (с защитной атмосферой) печах до 850 °С.
Остаточный аустенит не является стабильной фазой и со временем превращается в мартенсит. При этом в кольце подшипника могут быть значительные остаточные напряжения, направленные от центра к периферии. это явление может привести к потере изначальных геометрических параметров кольца и негативно повлиять на плотность посадки и надежност подшипника в целом.
Нагрев в эндогазовых (с защитной атмосферой) печах до 850 °С.
Закалка в масло при температуре масла + 40 °C
Быстрое охлаждение для закрепления структуры материала и получения более необходимой твёрдости.
Отпуск при +170°C
Повторный нагрев для уменьшения влияния теплового удара (закалки) на внутреннюю структуру и уменьшения остаточных напряжений.
Важно!
Актуальность темы.
Накатывание как метод пластического деформирования металла существует более 120 лет и в последнее время развивается при участии таких ученых, как К.Н. Богоявленский, М.И. Писаревский, Ю.А. Миропольский, Э.В. Рыжов, А.В. Королев и другие.
Накатывание профильных элементов деталей по сравнению с их нарезанием имеет следующие преимущества: экономия металла, повышение производительности труда, точности и долговечности обрабатываемых деталей, уменьшение расходов на инструмент, экономию производственных площадей. Точность профильных элементов, изготовленных накатыванием, в большинстве случаев не ниже точности, получаемой резанием.
Целью данной работы является исследование эффективности технологии изготовления тонкостенных колец подшипников с применением точной холодной раскатки. На основе экспериментально-аналитической оценки влияния используемой схемы обработки на основные технологические параметры получаемого изделия.
Методы и средства исследований. Построение математической модели процесса накатки осуществлялось с применением методов технологии машиностроения и теории пластической деформации. Экспериментальные исследования проводились на основе методов математической статистики и теории планирования экспериментов. В качестве средств исследования использовались современное оборудование и приборы ОАО «Саратовский подшипниковый завод» (ОАО «СПЗ»). В качестве оборудования использовались автоматы накатки профиля (АНП-01 и АНП-02) на кольцах сверхлегкой серии 1000805.01 и 1000805.02 соответственно.
С.-Пстерйург
Научная новизна работы состоит в:
- разработке перспективного предтермического технологического
процесса получения тонкостенных колец подшипников и подробное
исследование операции холодной раскатки используемой в данном
технологическом процессе;
исследовании механизма и разработке математической модели процесса пластического формообразования профиля тонкостенных колец подшипников;
разработке методики расчета геометрических параметров накатного инструмента и технологических параметров формообразования заготовки тонкостенных колец подшипников;
получении математической модели влияния на процесс раскатки колец различных факторов (величина эксцентриситета деформирующего инструмента, толщина кольца, время раскатки, величина угла деформирующего профиля).
Практическая ценность и реализация работ:.
предложена безотходная технология предтермического изготовления тонкостенных колец подшипников;
для операции холодная раскатка спроектированы и изготовлены автоматы (АНП-01, АНП-02) для накатки профилей;
разработаны алгоритм и программа расчета, позволяющие определять основные технологические параметры формообразования профиля и геометрические параметры необходимого для этого инструмента;
установлены закономерности влияния на основные технологические параметры качества колец различных факторов (величина эксцентриситета деформирующего инструмента, толщина кольца, время раскатки, величина угла деформирующего профиля)
Экономический эффект от внедрения операции «холодная раскатка» в предложенной технологии на ОАО "СПЗ" составляет более 400 тысяч рублей. В настоящее время предложенная технология внедрена в производство, что подтверждено четырьмя актами о внедрении.
Попооїсения, выносимые на защиту:
1. Безотходная технология предтермического изготовления тонко
стенных колец подшипников с применением точной холодной раскат
ки.
1. Механизм и математическая модель процесса пластического формообразования тонкостенных колец подшипников с применением точной холодной раскатки.
2. Методика и программа расчета геометрических параметров накатного инструмента и технологических параметров формообразования профиля заготовки.
3. Теоретические зависимости основных технологических параметров формообразования применительно к изготовлению тонкостенных колец подшипников.
4. Результаты многофакторного эксперимента, подтверждающие тео-
ретические выводы и определяющие технологические возможности процесса накатки профиля на деталях подшипников. 6. Усовершенствованная конструкция автомата для накатки профиля дорожки качения на тонкостенных кольцах подшипников.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на межгосударственных научно-технических семинарах "Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания" (Саратов, 2004 - 2006), научно-технических конференциях и научных семинарах кафедры «Технология машиностроения» СГТУ (2002-2006 гг.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, иллюстрирована 61 рисунком и 12 таблицами. Она состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 175 наименований и приложений.
